Введение к работе
Актуальность проблемы. Водоросли, являясь пэрвопоселопцами на минеральных породах и составляя начало трофических цепей, формируют альгобактериальные ценозы, играющие важную роль в первичном почвообразовании.
Если "цветение" почвы в настоящее , время привлекает интенсивное внимание исследователей, то альгобактериальные ценозы на выходах ка ібонатшх пород менее изучены, особенно с точки зрения гетеротрофного компонента Штина, IS84; Дедин, 1990]. Серия работ Фридмана []?riedmann, 1971, 1982, 1988J затрагивает в большей степени вопросы исследования альгокомпонентов ценозов арктических пустынь. В то же время водорослевые ценозы на выходах карбонатних пород, благоприятных по своему составу и кислотности для развития актиномицетов, являются тем своеобразным местом обитания, .где доля актиномицетов в составе ценоза может быть значительной, и соответсвенно, их . влияние' на автотрофний и гетеротрофный компонент ценоза можот проявляться особенно сильно»
В почвенных экосистемах, в зонах, где иде* первичный почвообразовательный процесс, велика роль лишайников. Монет ли шщелиалышй компонент лишайника быть тредетавлен не грибок, а актиномицетом?
В лаборатории удается сконструировать ассоциацию, состоящую из актиномицетй и водоросли, формой развития напоминающую таллом лишайника [Зенова и др., 1980; tazo, 1964]. Исследование ассоциаций типа актинолишайника проливает свет на функциональную роль актиномицетов в альгобакториальных ценозах на выходах карбонатных пород.
Цель работы: сравнительное исследование альгобактериальных ценозов на выходах карбонатных пород разных географических
регионов для выяснения функциональной роли актиномицетного компоннета в их формировании.
Задачи. I. Определение численности и таксономического состава
микроорганизмов - компонентов ЛБЦ. 2. Исследование влияния
актгаокицета на автотрофний компонент ценоза в составе
.экспериментально сконструированной ассоциации типа
актинолишайника. 3. Изучение некоторых особенностей углеродного и
азотного обмена экспериментальной ассоциации типа
актинолишайника. 4. Электронно-микроскопическое исследование
таллома экспериментально сконструированной ассоциации типа
актинолишайника. „,
Научная новизна. I. Впервые показано, что альгобактериальныо ценозы, сформированные на карбонатных породах в разных географических регионах, сходны по составу альго- и бактериальных компонентов, характеризуются доминированием 'альгокомпонента в бисдассэ ценоза и актиномицетного мицелия в' биомассе гетеротрофного компонента ценоза. 2. Установлено, что актиномицеты наряду с водорослями, обеснечизают устойчивость, микробной системы альгобактериальных ценозов на выходах карбонатных пород. 3. Впервые обнаружено нарушение карбонатного равновесия в системе о экспериментальной ассоциацией типа актинолишайника, происходящее вследствие выделения фотосинтетических продуктов водорослью под влиянием актиномицета. Выявлена стимуляция азотфиксирующей активности бактериального .звена в ассоциации . типа актинолшайншш под влиянием антиношцета. 4. В ассоциации типа актинолишайника в зоно контакта гиф актшюмкцета и клеток'' водоросли шлачено наличие фибриллярных тлйек и изменение клеточных стенок водоросли. Иржтіїчеи.^ч злочиззгть. Ійучет,ие взаимодействия водорослей ;;
актиномицетов важно для решения как теоретических вопросов
микробиологии и экологии, гак и практических задач биотехнологии
и охрани окружающей среды. Водоросли - простейшая модель
растений, поэтому установленио закономерностей функционирования
актиномицетов в альгобактериалышх ценозах может быть
использовано при решении проблем взаимодействия высших растений с
актиномицетами - эндофитами, образующими клубеньки на корнях и
обеспечивйгощи га растения азотом. Результаты исследования
ассоциаций ак:иномицетов и водорослей включены б методическое
руководство "Почвенные актиномицеты" [Зэнова, 1992].
Апробация работы. Материалы работы были доложены на I Всесоюзной
конференции "Актуальные проблемы современной альгологии"
(Черкассы, 1987 г.), на 29 Международной конференции "Структура и
функции сообществ почвенных микроорганизмов..." (Чешские
Будейвицы, Т990), на IV Всесоюзной научной конференции
"Микроорганизмы в сельском хозяйстве" (Пущине 1992) и на
заседании кафедры биологии почв факультета Почвоведения МГУ
(1991). . '
Публикации. Материалы диссертации изложены в 7 работах. Объем и структура работы, диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, результатов и их обсуждения, заключения и' выводов, списка цитируемой литературы. Работа содержит III страниц текста, иллюстрирована 19 рисунками и 2 таблицами. Список литературы содержит 165 наименований из них 75 зарубежных авторов.
Автор выражает глубокую признательность д.б.н. профессору Д.Г. Звягинцеву, д.б.н. Н.с. Шишкову, д.б.н. профессору Э.А. Штиной, к.б.н. B.C. Соиной и к.б.н. Т.Г. Добровольской за консультации и помощь при проведении работы.
В работе использовались образцы минеральных пород, основннмі критериями отбора которых служили водорослевые разрастания ш поверхности или по микротрещинам образца, а также наличие карбонатов в составе породы. Исследования проводились с образцами, собранными в горах Тянь-Шаня, Дальнего Востока і известняками, отобранными на стенках выработанных карьеров ъ районе г. Подольска.
В работе используются следующие термины. Алъгобактершмьний ценоз (АБЦ) на выходах известняков - природный комплекс микроорганизмов, автоторофный компонент которого включает различные группировки водорослей; гетеротрофный компонент -бактерии-спутники водоіэслей, актиномицеты. АлъгоОактерисиъная ассоциация (АБА) - альгологически чистая культура водоросли с бактериями-спутниками, выделенная из АБЦ в лабораторных условиях. Антинолшиайник - экспериментально сконструированная ассоциация актиномицета и водоросли с бактериями-спутниками.
Определение численности и биомассы микроорганизмов-компонентов АБЦ проводилось с использованием прямих микроскопических методов и лотода посева из разведений на агаризованные среды. Для учйга численности и биомассы водорослей препараты готовились из поверхностного соскоба порода (разведение -1:100) л просиатривались в лшмнисцентшм микроскопе без дополнительного' окрашивани: [Доі.ірачева и др., 1386}. "Численность и биомасса <5акггрий учитывалась с помощью' .лкшнисценгной микроскопии на препаратах, приготовленных ііз поверхностного соскобе пород традиционным методом [Методы по'-веннйй микробиологии и биохимии, 1391]. Для подсчёта длины актиномицетного мицелия- суспензия измельчен,той породы концентрировалась на ядерных фильтрах с
диаметром пор 0,2 мкм [Князева и др., 1985].
Биомасса микроорганизмов-компонентов АБЦ рассчитывалась с использованием усреднённых значений пэресчЭтных коэффициентов от численности к биомассе почвенных микроорганизмов. Биомассу водорослей рассчитывали по данным прямой микроскопии, определяя средний размер клеток для каждого конкретного образца. Численность колониеобразующих единиц (КОЕ) бактерий и актиномицетов учитывали методом посева на МПА (1:10) и казеин-глицериновом trape (КГА).
Для характеристики альгологического состава' АБЦ использовалось микроскопирование суспензии измельченной породы в оптическом микроскопе, метод посева рассыпкой на плотные питательные среды, метод водных культур, выделение альгологически чистых культур водорослей [Зенова, Штина, 1990]. Определение принадлежности водорослей к конкретным порядкам провадилось на основании результатов анализа накопительных и альгологически чистых культур, по ключам, приведенным в пособиях и определителях [Масюк, Топачевский, 1984; Зенова, Штина, 1990].
Дифференцированный учит различных групп бактерий в АБЦ проводился с использованием метода разделения бактерий на грамположитэльные и грамотрицательшэ путЭм тестирования бактериальной биомассы с щёлочью (КОН) [Susioto et al., 19S2], микроскопирования колоний, выросших на питательной среде КГА и МПА (1:10), наблюдения за жизненным циклом бактерий, выделенных в чистую культуру.
Для более полного выявления представителей порядка Actlncmy-cetaXea из АБЦ использовался ряд методических приймов: прогревание суспензии образцов при 70с 10 мин перед посевом (для
- в -
выявления и учёта представителей рода Місготопозрога), высев на
ряд селективных сред [The Prokavyotes 1981 ]. Родовая
идентификация актиномицетов проводилась по определителю Берги [Bergey' в Manual, 1989 ], видовая - по ключу Гаузе с сотрудниками [Гау'зе и др., 1983]. Использовались морфологические и хемотаксономнческие признаки актиномицетов.
Электронно-микроскопическое исследование минеральных пород с водорослевыми разрастаниями проводилось в сканирующем микроскопе JSM-2 (инструментальное увеличение 3000, 10000) и Hi-taohi (инструментальное увеличение 3000, 10000, I6O0O, 30000).
При коструировании ассоциации типа актинолишайника использовались альгологически чистая культура зелёной одноклеточной водоросли Ohlorella saocbaropMlXa (Kroger) Migula и культура актшоыицетв Streptanyoea filamentoaua, выделенные из альгоОактериального ценоза на выходах известняка.
. Для опредзления таксономического состава бактериального коїшононта ассоциаций высев производился на богатую органическую срэду^ "Rioii" [Jamada,- Komagata, 1972] и безазотистую среду Фвдоровой-Калиншской [Калининская, IS67]. Родовая идентификация бактерий, выделенных из АБА и актинолишайника, проводилась по морфологическим, культуральнш и физиолого-биохимическим признакам, руководствуясь определителем "Bergey's Manual" [1989] ч руководством ''Иге Prokai-yoteo..." [1981].
Содержание хлорофилла "а" в клетках водоросли определялось "пек: ^фотометрическим' методом. [Федоров, 1.79].
Для исследования функциональных: особенностей ассоциаичи типа вктшоліиайКіИса измерялась дгчеынка газообмена соу ковд/ йкгі;>-ю.івішайншсс:;!, либо чистой кулътугрой ггшшомицета, дао'о альгобохотеташльііоії ассоциацией к атмосферой в . коцтрасткш:
условиях освещения. Концентрация со2 в вентилируемом воздухе определялась на газовом хроматографе "Chrom-2" с катарометром в качестве детектора.
Активность азотфиксации определялась ацетиленовым методом на газовом хроматографе "Chrom-4.1" с пламенно-ионизационным детектором.
Ультратонме срезы таллома актинолишайника просматривались в электронном ^лкроскопе ли-юоо, инструментальное увеличение 15000, зоооо, боооо.
Полученные результаты по численности микроорганизмов обрабатывались на ЭВМ ШЗРЛ 125 (СМ-4А) с помощью программы stat и що Real из пакета программ IEDOciass.